Tiềm năng Năng lượng Biogas tại 2 huyện Đan – Hoài

Đề Tài
Nghiên cứu đánh giá tiềm năng về
sản lượng Biogas và thực trạng sử
dụng năng lượng biogas tại khu
vực Đan – Hoài – Hà Nội
Ngô Thị Hoàng Mai Đ1 – QLNL
1
Tiềm năng Năng lượng Biogas tại 2 huyện Đan – Hoài
MỞ ĐẦU
Năng lượng đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát triển kinh tế của mỗi
quốc gia, một quốc gia có thể phát triển được hay không là xem có thể đảm bảo
được an ninh năng lượng hay không. Năng lượng hiện nay đang là vấn đề toàn cầu
thu hút sự quan tâm của mọi quốc gia trên thế giới không chỉ bởi những hiệu quả
lớn lao nó mang lại mà còn bởi những hậu quả nguy hại đối với trái đất. Vấn đề
này đặc biệt cấp bách đối với Việt Nam khi Việt Nam là một trong năm nước trên
thế giới chịu tổn thương nặng nề do biến đổi khí hậu theo đánh giá của Liên Hợp
Quốc. Vậy làm thế nào có thể cân bằng giữa sự phát triển kinh tế với vấn đề năng
lượng cũng như môi trường? Đó là phải tìm ra các nguồn năng lượng thay thế như
năng lượng tái tạo bao gồm: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sinh
khối, địa nhiệt hay cả sóng biển đã và đang được triển khai mạnh mẽ trên thế giới.
Việt Nam trong những năm gần đây năng lượng tái tạo đã được quan tâm thích
đáng trong các chương trình phát triển năng lượng quốc gia, trong đó năng lượng
sinh khối và khí sinh học được chúng ta tập trung phát triển nhiều hơn cả.
Với mong muốn tìm hiểu sâu hơn về công nghệ Khí sinh học, đặc biệt là
tiềm năng lý thuyết về sản lượng Khí sinh học cũng như khả năng phát triển Khí
sinh học định hướng thị trường ở Việt Nam, em đã tiếp cận và tìm hiểu vấn đề này
trong quá trình thực tập tại Trung tâm Công nghệ năng lượng và vật liệu mới –
Viện Khoa học nămg lượng. Ở đây, em được tiếp xúc với các dự án về tiết kiệm
năng lượng cũng như các dự án về năng lượng mới và tái tạo. Qua đó, em đánh giá

được bắt nguồn từ Mặt trời.
Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái tạo là tách một phần
năng lượng từ các quá trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào sử dụng
trong kĩ thuật.
1.2. Phân loại năng lượng tái tạo
Phân loại năng lượng tái tạo theo nguồn gốc hình thành :
- Nguồn gốc từ bức xạ mặt trời : Năng lượng mặt trời, gió, thủy điện, sóng…
- Nguồn gốc từ nhiệt năng trái đất : Địa nhiệt
- Nguồn gốc từ hệ động năng Trái đất – Mặt trăng : Thủy triều
- Các nguồn năng lượng tái tạo : Năng lượng Biogas, Biodiesel…
1.3 Năng lượng tái tạo trên thế giới
Việc ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo đang được các nhà chức trách quan
tâm bởi thị trường năng lượng thế giới hiện nay có nhiều biến động:
- Năng lượng truyền thống như than, dầu… đang ngày càng cạn kiệt.
- Nguồn cung cấp năng lượng biến động về giá cả.
- Phát thải hiệu ứng nhà kính gây hiện tượng nóng lên toàn cầu.
- Năng lượng truyền thống gây ô nhiễm môi trường.
Ngô Thị Hoàng Mai Đ1 – QLNL
4
Tiềm năng Năng lượng Biogas tại 2 huyện Đan – Hoài
- Sử dụng năng lượng truyền thống gây ra sự biến đổi khí hậu dẫn tới hạn hán,
lũ lụt trên toàn cầu.
- Và do nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao.
Năng lượng tái tại càng ngày được các quốc gia trên thế giới chú trọng phát
triển hơn bởi so với các nguồn năng lượng truyền thống, năng lượng tái tạo có ưu
điểm vượt trội :
- NLTT sử dụng nguồn năng lượng có sẵn trong tự hiên và không gây ô nhiễm
môi trường.
- NLTT giảm lượng ô nhiễm và khí thải từ các hệ thống năng lượng truyền
thống.

2. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG BIOGAS TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
2.1. Khái niệm về Biogas
Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH
4
) và một số khí khác
phát sinh từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ. Methane cũng là một khí tạo ra hiệu
ứng nhà kính gấp 21 lần hơn khí carbonic (CO
2
).
Sản xuất khí sinh học dựa trên cơ sở phân hủy kị khí các chất hữu cơ tự
nhiên, hay còn gọi là quá trình lên men methane.
2.2. Thành phần
Thành phần chính của Biogas là CH
4
(50 - 60%) và CO2 (30%), còn lại là
các chất khác như hơi nước N
2
, O
2
, H
2
S, CO… được thuỷ phân trong môi trường
yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20 - 40
0
C.
Nhiệt trị thấp của CH
4
là 1012 Btu/ft3 (37,71.10
3
KJ/m

Bởi 80% dân số Việt Nam sống ở nông thôn, nên nguồn khí biogas được
xem là rất dồi dào. Đây là vấn đề quan trọng trong việc tiết kiệm nguồn năng lượng
dầu mỏ hiện nay.
Bảng 1.1: Tiềm năng biogas tại Việt Nam
Nguồn nguyên liệu Tiềm năng
(triệu m
3
)
Dầu tương
đương (triệu
TOE)
Tỉ lệ (%)
Phụ phẩm cây trồng 1788,973 0,894 36,7
1. Rơm rạ
2. Phụ phẩm các cây trồng khác
1470,133
318,840
0,735
0,109
30,2
6,5
Chất thải của gia súc 3055,678 1,525 63,3
1. Trâu
2. Bò
3. Lợn
441,438
495,864
2118,376
0,221
0,248

Công nghệ Biogas là công nghệ sản xuất khí sinh học, là quả trình ủ phân
rác, phân hữu cơ, bùn cống rãnh, để tạo ra khí sinh học sử dụng trong hộ gia đình
hay trong sản xuất.
Nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất khí sinh học là ao bùn, phế liệu, phế
thải trong sản xuất nông lâm nghiệp và các hoạt động sống, sản xuất và chế biến
nông lâm sản. Phân động vật và các chất thải rắn như rơm rạ rất thích hợp cho lên
men kỵ khí. Vi sinh vật thường hay sử dụng nguồn hữu cơ cacbon nhanh hơn sử
Ngô Thị Hoàng Mai Đ1 – QLNL
9
Tiềm năng Năng lượng Biogas tại 2 huyện Đan – Hoài
dụng nitơ khoảng 30 lần. Do vậy nguyên liệu có tỉ lệ C/N là 30/1 sẽ thích hợp nhất
cho lên men kỵ khí.
Trong thực tế, người ta thường đảm bảo tỉ lệ trên trong khoảng 20 – 40.
Phân gia súc có tỉ lệ C/N trong giới hạn này, nên rất thích hợp và được xem là
nguyên liệu chủ yếu để sản xuất Biogas.
Bảng 1.2: Khả năng cho phân và thành phần hóa học của phân gia súc, gia
cầm
Vật nuôi
Khả năng cho phân
của 500 kg vật
nuôi/ngày
Thành phần hóa học
(% khối lượng phân tươi)
Thể tích
(m
3
)
Trọng
lượng
tươi (kg)

0,47
-
1,20
20 – 25
20 – 25
20 – 25
-
7 – 15
(Nguồn: />Ngô Thị Hoàng Mai Đ1 – QLNL
10
Tiềm năng Năng lượng Biogas tại 2 huyện Đan – Hoài
Bảng 1.3: Ảnh hưởng của các loại phân tới sản lượng và thành phần khí thu
được
Nguyên liệu Sản lượng khí
(m
3
/kg phân khô)
Hàm lượng CH
4
(%)
Thời gian lên man
(ngày)
Phân bò
Phân gia cầm
Phân gà
Phân lợn
Phân người
1,11
0,56
0,31

4
là sản phẩm khí chủ yếu (nên còn gọi là quả trình lên men khí metan).
Hình 1.2: Sơ đồ Quá trình lên men khí metan
Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai
đoạn 3
Ngô Thị Hoàng Mai Đ1 – QLNL
11
Chất hữu cơ,
carbohydrate,
chất béo,
protein
Khối vi khuẩn
Khối vi khuẩn
Acid propionic
Acid butyric ,
Các rượu khác
& các thành
phần khác
H
2
, CO
2
Acid acetic
Khối vi khuẩn
CH
4
, CO
2
H
2

- Tốc độ bổ sung nguyên liệu: bổ sung đều đặn thì sản lượng khí thu được
cao.
- Khuấy đảo môi trường lên men : tăng cường sự tiếp xúc cơ chất.
- Thời gian lên men : 30 – 60 ngày.
3.3. Quy trình sản xuất Biogas
Quy trình sản xuất Biogas tuân theo 3 giai đoạn chính:
- Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu:
Ngô Thị Hoàng Mai Đ1 – QLNL
12
Tiềm năng Năng lượng Biogas tại 2 huyện Đan – Hoài
Chọn lọc và sử lí nguyên liệu phù hợp với yêu cầu sau: giàu xenluloza, ít ligin,
NH
4
ban đầu khoảng 2000 mg/1, tỉ lệ C/N từ 20 – 30, hòa tan trong nước ( hàm
lượng chất khô từ 9 – 9,4%, với chất tan dễ tiêu khoảng 7%)
- Giai đoạn lên men: lên men theo mẻ, liên tục hoặc bán liên tục.
- Giai đoạn sau lên men: thu và làm sạch khí.
Hình 1.3: Sơ đồ Nguyên lí công nghệ lên men
Tái sử dụng
Bùnthải Bùn thải
Nước
ra
Xử lý
Nước ra
3.4. Công nghệ hầm Biogas trên thế giới và Việt Nam
Qua tình hình nghiên cứu và phát triển năng lượng Biogas trên thế giới trong
những năm qua, hiện trạng các hệ thống công nghệ năng lượng Biogas trên thế giới
cũng như ở Việt Nam được phát triển theo mô hình VACB và ba xu hướng phát
triển công nghệ năng lượng Biogas chính như sau:
1. Xu hướng thứ nhất ở các nước công nghiệp phát triển phần lớn các cơ sở

theo xu hướng thứ 2 và thứ 3. Trong đó xu hướng thứ 3 hiện đang phát triển phổ
biến và đã đem lại những hiệu quả nhất định trong những năm qua.
Hầm khí sinh học là thiết bị thực hiện quá trình biến đổi sinh khối thành khí
sinh học. Một trong các yêu cầu quan trọng nhất đối với hầm khí sinh học là phải
kín để các chủng vi khuẩn kỵ khí hoạt động bình thường tạo ra metan.
Từ khi bắt đầu tìm ra khí sinh học đưa vào ứng dụng cho tới nay các mô
hình biogas đã không ngừng thay đổi nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng
biogas đã được nhiều quốc gia trên thế giới áp dụng, và cải tiến. Hiện nay, Trên thế
giới cũng như ở Việt Nam đang sử dụng các loại hầm khí sinh học hầm có nắp trôi
nổi, hầm có nắp cố định và hầm làm bằng chất dẻo đều có cấu tạo gồm các thành
phần chính là:
- Cửa nạp nhiên liệu.
- Buồng lên men, phân hủy và tạo khí.
- Buồng chứa khí (Hệ thu khí gồm: van, đường ống, các thiết bị đo lường)
- Ngăn tháo cặn bùn đã lên men.
Hình 1.4: Hầm sinh khối có lắp trôi nổi
Ngô Thị Hoàng Mai Đ1 – QLNL
14
Tiềm năng Năng lượng Biogas tại 2 huyện Đan – Hoài
Hình 1.5: Thiết bị sản xuất khí sinh học túi chất dẻo
Hình 1.6: Hầm sinh khối lắp cố định
Ngô Thị Hoàng Mai Đ1 – QLNL
15
Tiềm năng Năng lượng Biogas tại 2 huyện Đan – Hoài
Hiện nay công nghệ Biogas theo hai mô hình KT1 và KT2 là khá phổ biến
bên cạnh đó một số đơn vị có cải tiến các mô hình này như Viện Khoa học năng
lượng, v.v. nhằm nâng cao hiệu quả của việc sử dụng năng lượng biogas. Dự án áp
dụng công nghệ khí sinh học nắp cố định vòm cầu kiểu KT1 và KT2 có thể tích
phân giải từ 4,2 m3 đến 48,8m3. KT1 và KT2 là hai thiết kế mẫu được xây dựng
theo tiêu chuẩn ngành 10TCN 492:499-2003 và 10TCN 97:102-2006 do Bộ Nông

Ngô Thị Hoàng Mai Đ1 – QLNL
Phần gia súc
Phân người
Hầm
Biogas
Dịch thải
biogas
Phụ phẩm Nông nghiệp
và rác thải sinh hoạt
Ủ kị khí
Không hoàn toàn
Phân hữu cơ
Vi sinh
Biovac
18
Biogas sử
dụng làm chất đốt
Tiềm năng Năng lượng Biogas tại 2 huyện Đan – Hoài
Hình 2.10. Mô hình lắp đặt máy phát điện hộ gia đình
+ Loại nhỏ:
- Máy phát điện công suất từ 2 – 5 kW có thể sử
dụng được 2 chế độ riêng biệt: xăng hoặc khí Biogas,
phù hợp với các hộ gia đình có quy mô chăn nuôi từ
10 – 10 đầu lợn.
- Máy có hệ thống gas tự động.
- Điện đầu ra: Điện 1 pha 2 dây,điện áp ổn định
(220V) phù hợp chạy các TB điện hiện có trên thị
trường.
Ngô Thị Hoàng Mai Đ1 – QLNL
Hầm KSH

2 2,5 7 – 10 10 – 20
3 3 10 – 15 20 – 40
4 5 15 – 20 40 – 60
5 10 40 – 80 150 – 250
6 15 80 – 120 250 – 400
7 20 120 – 150 400 -500
8 25 150 – 200 500 – 800
9 30 ≥ 200 ≥ 800
(Nguồn: Phòng Nông nghiệp và phát triển nông thôn huyện Đan Phượng)
CHƯƠNG II : TIỀM NĂNG VÀ THỰC TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG
LƯỢNG BIOGAS TẠI HAI HUYỆN ĐAN – HOÀI – HÀ NỘI
(Đan Phượng – Hoài Đức)
Ngô Thị Hoàng Mai Đ1 – QLNL
21
Tiềm năng Năng lượng Biogas tại 2 huyện Đan – Hoài
1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN - KINH TẾ - XÃ HỘI ẢNH HƯỞNG TỚI VIỆC SỬ
DỤNG NĂNG LƯỢNG BIOGAS
1.1. Điều kiện tự nhiên
a. Vị trí địa lí
Hoài Đức là huyện đồng bằng thuộc trung tâm thủ đô Hà Nội với vị trí địa lí
của huyện như sau :
Phía Bắc giáp huyện Đan Phượng, huyện Phúc Thọ.
Phía Đông giáp huyện Từ Liêm.
Phía Nam giáp huyện Hà Đông, huyện Chương Mỹ.
Phía Tây giáp huyện Quốc Oai.
Đan Phượng là huyện đồng bằng nằm phía Đông Bắc thành phố Hà Nội với
vị trí địa lí của huyện như sau :
Phía Đông giáp với ngoại ô thành phố Hà Nội.
Phía Tây giáp huyện Phúc Thọ.
Phía Nam giáp huyện Hoài Đức.

+ Độ ẩm không khí trung bình trong năm từ 83 – 85% (tháng 3, tháng 4 thường
có độ ẩm lớn nhất, lên tới 98%).
+ Gió theo mùa :
- Gió đông thường là gió Đông Bắc, tốc độ trung bình 4 m/s.
- Gió hè thường là gió Đông Nam, tốc độ gió trung bình 2,5 – 3
m/s.
- Bão úng thường xảy ra vào tháng 5 tới tháng 8 trong năm.
+ Lượng mưa trunh bình từ 1.600 – 1.800 mm. Mua lớn thường tập trung vào
tháng 6,7,8 chiếm 80 – 86% lượng mưa cả năm ; từ tháng 1 – 4 thường có mưa
phùn.
+ Số giờ nắng trung bình trong năm là 1.600 – 1.700 giờ. Trong tháng 2,3,12 có
số giờ nắng thấp nhất trong năm.
Ngô Thị Hoàng Mai Đ1 – QLNL
23
Tiềm năng Năng lượng Biogas tại 2 huyện Đan – Hoài
Bảng 2.1: Tổng hợp các yếu tố khí hậu qua một số năm.
Tháng Lượng mưa
(mm)
Nhiệt độ
không khí TB
0
C
Độ ẩm KK
tương đối (%)
Số giờ nắng
(giờ)
1 46,9 26,4 73 176,9
2 62,9 21 74 100,6
3 40,5 18,1 71,5 123,5
4 154 24,5 92,5 120,5

Bảng 2.2: Cơ cấu lao động hai huyện Đan – Hoài (Đơn vị : 1.000 người)
Cơ cấu lao động Năm 2008
1. Dân số trong độ tuổi lao động 165.256
Tỷ trọng so với tổng dân số (%) 49,45
2. Lao động làm việc trong các ngành KTQD 159.191
- Công nghiệp 45.528
Tỷ trọng so với tổng số lao động(%) 28,6
- Nông nghiệp 74.697
Tỷ trọng so với tổng số lao động (%) 45,2
- Dịch vụ 37.513
Tỷ trọng so với tổng số lao động (%) 22,7
3. Lao động khi vực Nhà nước 6.065
Tỷ trọng so với tổng số lao động (%) 3,5
(Dựa trên nguồn: Niên giám thống kê huyện Hoài Đức & Đan Phượng năm 2008)
c. Thu nhập và mức sống
Những năm gần đây đời sống nhân dân đã tăng lên rõ rệt. Năm 2008 giá trị
sản xuất bình quân đầu người là 8,6 triệu/người/năm. Bình quân lương thực năm
2003 đạt 262,5 kg/người/năm ; năm 2008 là 252 kg/người/năm.
Hai huyện Đan Hoài đã vận dụng thực hiện tốt nhiều chính sách, giải pháp
đẩy mạnh quá trình thực hiện xóa đói, giảm nghèo, số hộ nghèo (theo tiêu chí mới)
mỗi năm giảm bình quân từ 1% – 1,5% ; năm 2006 là 3.169 hộ chiếm 7,91% số
hộ ; năm 2008 là 2.298 hộ chiếm tỉ lệ 4,8% trên tổng số hộ.
1.2.2. Thực trạng phát triển kinh tế
a. Tăng trưởng kinh tế
Ngô Thị Hoàng Mai Đ1 – QLNL
25