Sản xuất lò đốt khí hóa sinh khối để sấy nông sản – mô hình mang nhiều ý nghĩa

Theo định nghĩa được các tổ chức quốc tế sử dụng rộng rãi về kinh tế xanh là: “Nền kinh tế giúp cải thiện đời sống và công bằng xã hội, trong khi giảm đáng kể các rủi ro môi trường và khan hiếm nguồn lực sinh thái. Một nền kinh tế xanh có thể được coi là một nền kinh tế có lượng phát thải carbon thấp, sử dụng tài nguyên hiệu quả và bao trùm xã hội” (UNEP, 2011). Sản xuất lò đốt khí hóa sinh khối là một trong những ứng dụng hiệu quả cho hành trình giảm phát thải này.

Về ý nghĩa, kinh tế xanh có ý nghĩa cốt lõi là tăng trưởng kinh tế đồng thời đảm bảo bảo vệ môi trường sống trong sạch và bền vững.

Về thành phần, kinh tế xanh là sự kết hợp giữa ba yếu tố gồm: 

• Kinh tế (xóa đói giảm nghèo, nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe cộng đồng, phát triển năng lượng sạch, tạo việc làm và thúc đẩy tăng trưởng,…).
• Môi trường (đảm bảo sản xuất và tiêu dùng bền vững, bảo tồn các nguồn tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ, tái tạo và khuyến khích sử dụng bền vững các hệ sinh thái,…).
• Xã hội (nâng cao chất lượng cuộc sống người dân, thu hẹp khoảng cách bất bình đẳng giới và bất bình đẳng xã hội,…).

Ngoài ra, trong kỷ nguyên số, phát triển kinh tế xanh luôn đi cùng với phát triển kinh tế số (digital economy) và kinh tế chia sẻ (sharing economy). Các công nghệ số tạo ra nền tảng vững chắc và thuận lợi để phát triển nền kinh tế “3 trong 1” này. Đây là một đặc điểm rất thú vị trong thực tiễn hiện đại hóa nền kinh tế Việt Nam trong một giai đoạn phát triển dài (2025 – 2050).

Tài liệu này giới thiệu một mô hình kinh tế tương đối đơn giản nhưng tích hợp được những yếu tố khác nhau của kinh tế xanh (sử dụng nguyên liệu hữu cơ dư thừa để tạo ra năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường, tuần hoàn tài nguyên), kinh tế chia sẻ (chia sẻ các dạng tài nguyên giữa các đối tác tham gia hệ sinh thái sản xuất – tiêu thụ) và kinh tế số (sử dụng các công nghệ số để giám sát và điều khiển các dòng vật lý nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất). Đó là mô hình “Sản xuất lò đốt khí hóa sinh khối để sấy nông sản”: Chế tạo, cung cấp các lò đốt sử dụng nguyên liệu rác thải hữu cơ, không khói, không gây ô nhiễm môi trường, chi phí thấp, hiệu quả cao cho các HTX nông nghiệp và các nông hộ có nhu cầu.  

Công nghệ khí hóa sinh khối (biomass gasification) là phương pháp chuyển đổi năng lượng từ nguồn sinh khối thành khí tổng hợp, đồng thời tạo ra các sản phẩm phụ như tro và dầu sinh học. Đây là một công nghệ tiềm năng có thể giúp chúng ta chuyển đổi các nguồn tài nguyên tái tạo như gỗ, cây trồng, cỏ hoặc chất thải hữu cơ thành nguồn năng lượng sạch và bền vững.

Quá trình khí hóa sinh khối bắt đầu bằng việc tiến hành nhiệt phân sinh khối trong môi trường thiếu oxy. Quá trình này tạo ra khí tổng hợp (syngas) chứa các thành phần chính là hydro (H2), cacbon monoxit (CO) và methane (CH4). Syngas có thể được sử dụng để sản xuất điện, nhiệt hoặc nhiên liệu cho các quá trình công nghiệp khác nhau.

Giới thiệu mô hình

Theo Bộ NNPTNT, mỗi năm Việt Nam thải ra khoảng 50 – 60 triệu tấn phế phẩm nông nghiệp, lâm nghiệp gồm gỗ cành, lá, gỗ phụ phẩm sau thu hoạch,… Theo báo cáo kiểm kê quốc gia khí nhà kính Việt Nam năm 2013 riêng ngành nông nghiệp đã phát thải 89,4 triệu tấn khí CO2 chiếm 34.5% tổng lượng phát thải khí nhà kính của cả nước. Việc một lượng lớn phế phẩm nông, lâm nghiệp bị đốt bỏ vừa gây ô nhiễm môi trường, vừa tăng phát thải CO2 vừa lãng phí một nguồn tài nguyên quý.

Xuất phát từ ý tưởng nếu tận dụng được những phế phẩm đó vào sản xuất năng lượng mà không gây ô nhiễm môi trường lại giảm lượng phát thải khí nhà kính sẽ mở ra một hướng phát triển rất tiềm năng, HTX Thái Nguyên TOTA (gọi tắt là TOTA) đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ khí hóa sinh khối chuyển hóa phế phẩm đó thành khí sinh học để đốt lò, vì thế không tạo khói, không gây phát thải CO2, không gây ô nhiễm môi trường mà còn thúc đẩy quá trình tuần hoàn hóa (tái sử dụng phế phẩm). Những lò đốt sinh khối này được bà con vùng chè Thái Nguyên tín nhiệm sử dụng để sao chè. Sử dụng loại lò đốt này giúp tiết kiệm 2 – 3 lần chi phí so với lò truyền thống dùng củi hay than đá mà lại không khói, không bụi, nhiệt độ ổn định. Vì thế được người sử dụng rất tin dùng.

Lò đốt sinh khối là một sản phẩm công nghệ cao. Nó hoạt động theo nguyên lý khí hóa sinh khối nguyên liệu là phế phẩm hữu cơ đã được sấy còn độ ẩm khoảng 20% thông qua quá trình nhiệt phân sinh khối trong môi trường thiếu oxy bên trong lò đốt. Quá trình này tạo ra khí tổng hợp (syngas) và được quạt về phía cửa lò để đốt, tạo nhiệt sấy nông sản. Vì đốt khí nên không có khói, không gây ô nhiễm môi trường.

Lò thực tế

Toàn bộ hệ thống được điều khiển bằng công nghệ IoT để kiểm soát nhiều thông số kỹ thuật khác nhau: Nhiệt lượng, khối lượng nguyên liệu được đốt, thông số của buồng đốt yếm khí,… từ đó cập nhật theo thời gian thực lượng phát thải khí CO2 đã giảm được so với lò truyền thống. Lò này chỉ hoạt động khi các thông số được kiểm soát phù hợp với quy trình thiết kế và lò đã được kích hoạt hợp lệ. Mỗi lò có ID riêng và được giám sát vị trí của lò theo thời gian thực bằng GPS, dù đặt ở đâu trong cả nước. Điều này giúp tránh được nạn sao chép, làm giả hay mất mát. Vì công nghệ tiến bộ không ngừng nên công ty TOTA quyết định chỉ cho thuê lò đốt chứ không bán, giá thuê được thỏa thuận với người dùng trên nguyên tắc cùng có lợi và hợp tác lâu dài.

Mục tiêu của việc sản xuất và cung cấp lò đốt khí hóa sinh khối này không chỉ là tạo ra doanh thu và lợi nhuận mà còn đóng góp tích cực giảm phát thải khí nhà kính, tiết kiệm tài nguyên, bảo vệ môi trường và nâng cao thu nhập cho người lao động, gồm cả từ việc bán chứng chỉ carbon. Vì thế, sẽ hiệu quả hơn nếu xây dựng và phát triển được một chuỗi liên kết theo gia trị gồm:

• TOTA: Là nhà cung cấp lò đốt khí hóa sinh khối, giải pháp xử lý nguyên liệu đầu vào và hệ thống quản trị số.
• Các cơ sở cung cấp nguyên liệu đầu vào: Là các cơ sở thu gom nguyên liệu hữu cơ phế thải và xử lý chúng thành nguyên liệu đầu vào cho lò đốt (ưu tiên phát triển các cơ sở ở gần vùng nguyên liệu).
• Các cơ sở sản xuất, sấy nông sản: Là khách hàng thuê dịch vụ cung cấp lò đốt và mua nguyên liệu đốt. 

Trong chuỗi liên kết này, dựa vào lượng khách hàng thuê lò đốt, TOTA cân đối phát triển các cơ sở cung cấp nguyên liệu đầu vào để không bị dư thừa. Mỗi lô sản phẩm của từng cơ sở có mã QR riêng phục vụ cho việc giám sát tự động nguồn gốc hàng hóa, lượng sản phẩm được cung cấp,… và chuyển tới khách hàng qua hệ thống kho thông minh. Cách làm này giúp đảm bảo chất lượng nguyên liệu đầu vào, tính tường minh về nguồn gốc sản phẩm, đo lường được quota đóng góp giảm phát thải carbon của từng cơ sở sản xuất và thanh toán tự động ngay khi lô nguyên liệu đốt được chuyển tới nơi sử dụng, tạo ra môi trường kinh doanh minh bạch, công bằng cho các bên tham gia.

Chuỗi liên kết theo giá trị TOTA

Các công nghệ số được áp dụng để vận hành toàn bộ hệ thống sản xuất – khai thác của TOTA được áp dụng trong những quy trình/công đoạn sau:

• Điều khiển tự động quy trình vận hành lò đốt.
• Giám sát tự động việc ký quỹ thuê lò đốt (giao dịch không dùng tiền mặt).
• Giám sát tự động tọa độ của từng lò đốt theo thời gian thực bằng GPS.
• Tự động hóa quy trình thuê lò đốt thông qua mã QR chuyển khoản ngân hàng để gia hạn sử dụng.
• Kiểm soát tự động các lô nguyên liệu được đưa vào lò đốt. Hệ thống chỉ hoạt động khi đưa vào lò đốt lô nguyên liệu hợp lệ có thể truy vết nguồn gốc rõ ràng.
• Kiểm soát tự động toàn bộ chuỗi cung ứng nguyên liệu đốt thông qua các kho thông minh vì thế tạo nên thị trường minh bạch cho nguyên liệu đốt.
• Giám sát tự động theo thời gian thực các chỉ số phát thải của từng lò đốt và tự động tổng hợp báo cáo trực quan (đây là yếu tố được thị trường carbon quốc tế quan tâm nhất).

Các thông số kỹ thuật được cập nhật tự động

Sau gần 2 năm hoạt động, TOTA đã sản xuất và cung cấp 60 lò sinh khối, cho 40 hộ sản xuất chè xanh tại huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên. Tiêu thụ khoảng 600 tấn nguyên liệu hữu cơ, sấy được khoảng 200 tấn chè xanh khô. So sánh tương quan về lợi ích môi trường, TOTA đã tiết kiệm được 400 tấn than đá và giảm được 1.108 tấn CO2. Những dữ liệu này được thu thập và tổng hợp tự động từ nguồn gốc phát sinh nên đảm bảo tính khách quan và minh bạch.

Những lợi ích mang lại

Tăng trưởng xanh: Mô hình sử dụng lò đốt khí hóa sinh khối là một ví dụ cụ thể hưởng ứng cam kết giảm phát thải khí nhà kính của Việt Nam với quốc tế về zero vào năm 2050. Nguyên liệu đốt là phế phẩm nông lâm nghiệp và rác hữu cơ – một nguồn tài nguyên tái tạo phổ biến ở Việt Nam nên góp phần tích cực và chủ động cho việc bảo vệ môi trường xanh cho phát triển bền vững.

Tăng việc làm: Thu gom phế phẩm nông lâm nghiệp và rác hữu cơ là việc làm đơn giản mà người dân nào cũng làm được, nhất là người dân sống cạnh các vùng nguyên liệu. Người dân có thể bán lại rác đã thu gom cho TOTA hoặc thuê thiết bị xử lý của TOTA (băm, làm khô) để tự xử lý thành nguyên liệu đốt lò và tham gia vào chuỗi liên kết theo giá trị để có thêm nguồn thu nhập. Trong tương lai gần, khi mô hình được lan rộng, lò đốt khí hóa sinh khối không chỉ phục vụ sấy nông sản mà còn dùng cho các mục đích khác như sản xuất điện, xăng dầu sinh học, lò đốt phục vụ các nhà hàng, bếp ăn công nghiệp,… và nguyên liệu đầu vào có thể bao gồm cả rác sinh hoạt hữu cơ, lau sậy, cỏ dại, vỏ trái cây,… (bất cứ thứ gì có cellulose) thì ai cũng có thể tham gia sản xuất nguyên liệu sinh khối và bài toán xóa đói giảm nghèo trở nên dễ giải ở tất cả các địa phương.     

Ý nghĩa của mô hình

Mô hình này đồng thời phát triển cả 3 loại hình kinh tế cùng một lúc (kinh tế 3 trong 1: kinh tế tuần hoàn, kinh tế chia sẻ, kinh tế số) một cách chủ động, hiệu quả. Đây là hướng đi tất yếu của tất cả các đơn vị kinh tế không chỉ ở Việt Nam mà là cả trên thế giới. Vì thế, khi thành công, nó có thể là một ứng viên trong bảng thành tích mà Việt Nam đóng góp với quốc tế, đặc biệt là trên bản đồ NetZero toàn cầu.

Trong mô hình này, nhiều công nghệ tiên tiến của thời đại được ứng dụng phục vụ nâng cao chất lượng đời sống của nhân dân như công nghệ khí hóa sinh khối chất hữu cơ, công nghệ vật liệu mới, công nghệ IoT, công nghệ cloud, công nghệ AI, công nghệ thông minh hóa quy trình sản xuất (CPS),… Việc này gợi mở một cách tiếp cận mới đưa khoa học công nghệ vào ứng dụng thực tế theo hướng xã hội hóa với vai trò chủ động của doanh nghiệp.

Mô hình có đóng góp thiết thực và trực quan cho mục tiêu Netzero 2050 vì thế được một số tổ chức cấp chứng chỉ carbon quốc tế đánh giá cao và nhận xét rằng đây rất có thể là mô hình tham khảo cho các quốc gia chậm và đang phát triển.