Năng lượng sinh khối là gì? Kiến thức về năng lượng sinh khối

1. Năng lượng sinh khối là gì? Những khái niệm cơ bản về năng lượng sinh khối

Sinh khối là vật liệu hữu cơ tái tạo có nguồn gốc từ thực vật và động vật. Sinh khối là nguồn năng lượng lớn nhất trong tổng tiêu thụ năng lượng hàng năm của hầu hết các quốc gia. 

Năng lượng sinh khối hay còn được viết trong tiếng Anh là Biomass. Được hiểu là deal plant and animal material suitable for using as fuel. Dịch ra tiếng Việt, năng lượng sinh khối là những vật liệu liên quan đến thực vật và động vật nhằm phù hợp với việc sử dụng nhiên liệu của con người. 

Hiện nay sinh khối tiếp tục là nhiên liệu quan trọng được phục vụ tại nhiều quốc gia, đặc biệt là phục vụ cho việc đun nấu, sưởi ẩm và các hoạt động phát triển công nghiệp của các quốc gia đang phát triển. Việc sử dụng năng lượng sinh khối để vận chuyển và phát điện ngày càng trở thành vấn đề được nhiều nước phát triển quan tâm như một biện pháp quan trọng để giảm thiểu khí thải CO2 từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch. 

Sinh khối chứa năng lượng hoá học được lưu trữ từ mặt trời. Thực vật tạo ra sinh khối qua quá trình quang hợp (photosynthesis). Năng lượng sinh khối có thể được đốt trực tiếp để lấy nhiệt hoặc chuyển đổi thành các dạng năng lượng nhiên liệu lỏng, rắn hoặc khí tái tạo thông qua quá trình khác nhau. 

Nguyên lý hoạt động của năng lượng sinh khối từ thực vật được hiểu như sau. Trong quá trình quang hợp, thực vật sẽ hấp thụ năng lượng từ mặt trời để chuyển đổi thành năng lượng hoá học tạo ra glucose hoặc đường. Theo phương trình hoá học là: 

Nước (H2O) + CO2 (carbon dioxide) + năng lượng bức xạ (sunlight) -> C6H12O6 (glucose) + O2 (oxygen). 

Ngoài ra các nguồn năng lượng sinh khối bao gồm: 

- Chất thải chế biến từ gỗ và củi, gỗ ép và gỗ dăm, mùn cưa và chất thải của nhà máy gỗ và đồ gỗ từ các nhà máy giấy và bột giấy. 

- Cây công nghiệp và phế liệu - ngô, đậu tương, mía, cỏ, cây ăn quả, cây thân gỗ, tảo và phụ phẩm của chế biến thực phẩm và cây trồng. 

- Vật liệu sinh học trong chất thải rắn từ các đô thị ví dụ như giấy, bông, rác thải và các sản phẩm từ len và thực phẩm, chất thải gỗ. 

- Phân động vật và chất thải của con người. 

Tựu chung lại, năng lượng sinh học sẽ bao gồm 5 loại chính đó là từ cây cối, gồ (wood), rác thải (garbage), cây trồng (crops), nguyên nhiên liệu từ cồn (alcohol fuels) và năng lượng khí gas (landfill gas). 

Nói một cách nôm na thì Biomass có thể dễ dàng tìm thấy trong tự nhiên nó đã được sử dụng từ khi con người tồn tại trên trái đất và bắt đầu biết dùng lửa từ gỗ. Có nghĩa là từ thời đại đồ đá khi con người còn sống trong hang đá. 

Khi các vật liệu và nguyên liệu đã kể trên được sử dụng làm năng lượng sinh khối thì nó được gọi là nguyên liệu thô. 

Xem thêm: Việc làm nhân viên phát triển mặt bằng

2. Năng lượng sinh khối hoạt động như thế nào?

Năng lượng sinh khối sẽ tạo ra ba dạng năng lượng chính đó là nhiệt, điện và năng lượng sinh học (chẳng hạn như dầu diesel sinh học). Một số nhà máy sinh khối là công cụ đa nhiệm trong việc sản xuất ra cả nhiệt và điện phục vụ cho con người. Chúng được gọi là các nhà máy nhiệt, điện kết hợp (CHP). 

Vì vậy, làm thế nào để năng lượng sinh khối được tạo thành nhiệt. Một cách đơn giản nhất mà nền công nghiệp đang sử dụng đó là đốt cháy nhiên liệu giống như cách mà tổ tiên của chúng ta đã làm hàng nghìn năm nay. 

Sinh khối có thể được tạo ra điện theo các đốt trực tiếp, có nghĩa là đốt chất thải nông nghiệp hoặc gỗ để làm nóng, sau đó sẽ tạo thành hơi nước làm quay các tuabin điện. 

Trong một số nhà máy sinh khối hơi nước thừa cũng có thể sử dụng trong các quy trình sản xuất tại chỗ hoặc để sưởi ấm. 

Xem thêm: Tuyển dụng nhanh

3. Chuyển đổi sinh khối thành năng lượng

Sinh khối được chuyển đổi thành năng lượng thông qua quá trình khác nhau có thể kể đến 3 quá trình sau đây: 

- Chuyển đổi nhiệt hoá để sản xuất nhiên liệu rắn, khí và lỏng. 

- Chuyển đổi hoá học để sản xuất nhiên liệu lỏng.

- Chuyển đổi sinh học để sản xuất nhiên liệu lỏng và khí. 

Không giống như phương pháp đốt trực tiếp là phương pháp phổ biến để chuyển đổi sinh khối thành năng lượng hữu ích. Tất cả sinh khối có thể được đốt  trực tiếp làm nhiệt cho quá trình công nghiệp và để tạo ra điện trong các tuabin hơi nước. Thì các cách chuyển đổi sau đây sẽ là những bước tiên tiến hơn. 

+ Chuyển đổi nhiệt hóa sinh khối bao gồm nhiệt phân và khí hoá. Cả hai đều là quá trình phân huỷ nhiệt, trong đó vật liệu sinh khối nguyên liệu được nung nóng ở nhiệt độ khép kín và mạch áp lực gọi là gasifiers ở nhiệt độ cao. Chúng chủ yếu khác nhau về nhiệt độ của toàn bộ quá trình và lượng oxy dùng để trao đổi chất. 

+ Quá trình nhiệt phân đòi hỏi việc đốt nóng các vật liệu hữu cơ lên đến hơn 800 - 900 độ F(tương đương với 400 - 500 độ C) trong điều kiện gần như không có gốc oxy tự do.

+ Nhiệt phân sinh khối nhằm tạo ra nhiên liệu như than củi, dầu sinh học và dầu diesel tái tạo, metan và hydro. 

+ Hydrotreating được sử dụng để xử lý dầu sinh học (sản xuất bằng cách nhiệt phân nhanh) với hidro dưới nhiệt độ và áp suất cao và sự có mặt của chất xúc tác để tạo ra dầu diesel tái tạo, xăng và nhiên liệu phản lực. 

+ Quá trình khí hoá đòi hỏi phải làm nóng các vật liệu hữu cơ đến 1400 - 1700 độ F với việc bơm một lượng oxy cần thiết và hơi nước để kiểm soát việc tạo ra khí cacbon monoxit và khí giàu hydro được gọi là khí tổng hợp. 

Một quá trình chuyển đổi hoá học khác được gọi là transesterification sử dụng để chuyển đổi dầu thực vật, mỡ động vật và mỡ bôi trơn các metyl este của axit béo, được sử dụng để sản xuất dầu sinh học.

Chuyển đổi sinh học bao gồm quá trình lên men để chuyển đổi sinh khối thành etanol và phân huỷ kỵ khí để sản xuất ra khí tự nhiên tái tạo. Ethanol được sử dụng làm nhiên liệu cho xe cộ. Khí tự nhiên tái tạo hay còn được gọi là biomethane hay khí sinh học được sản xuất trong hệ thống phân huỷ kỵ khí tại các nhà máy xử lý chất thải và tại các trang trại chăn nuôi gia súc, gia cầm. Nó cũng hình thành và có thể được thu giữ từ các bãi chôn lấp chất thải rắn. 

Khí tự nhiên tái tạo được sử dụng thích hợp cho các công dụng tuyệt vời tương tự như khí tự nhiên nhiên liệu hóa thạch.

Xem thêm: Khối ngành Kỹ thuật- Cơ hội việc làm rộng mở, thu nhập khủng, bạn biết chưa?

4. Ưu, nhược điểm của năng lượng sinh khối

4.1. Ưu điểm

- Năng lượng sinh khối luôn có sẵn. Con người và động vật sẽ luôn tạo ra chất thải và thực vật sẽ luôn phát triển. Vì vậy sẽ không có nguy hiểm gì khi chúng ta sử dụng năng lượng này cả. 

- Sử dụng chất thải để tạo ra nhiên liệu là một cách tuyệt vời để giảm thiểu rác thải thải ra môi trường và tại các bãi chôn lấp. Đó chính là bảo vệ môi trường. 

- Đốt sinh khối không giải phóng lưu huỳnh hoặc thuỷ ngân và nó giải phóng ít nitơ hơn đốt than. 

- Năng lượng sinh khối rẻ. 

- Việc sản xuất năng lượng từ sinh khối có thể thực hiện dễ dàng thông qua việc đốt bếp củi và nồi hơi sinh khối. 

- Dầu sinh học cũng có thể được sử dụng trong những thứ như nhựa và thuốc. 

4.2. Nhược điểm

- Cây trồng để đốt lấy nhiên liệu thường sẽ chiếm nhiều diện tích đất. Đất đó có thể được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau như bảo tồn, làm nhà ở hoặc trồng cây làm thực phẩm. 

- Quá trình đốt chất thải ra CO2, gây ảnh hưởng đến khí hậu và môi trường. 

- Nó đồng thời cũng giải phóng ra một lượng lớn cacbon monoxit làm tăng thêm ô nhiễm môi trường.

- Khi cây cối bị đốn hạ để tạo ra năng lượng thì điều này đã vô tình làm ảnh hưởng đến môi trường. 

Xem thêm: Việc làm kỹ thuật

Như vậy có thể thấy rằng năng lượng sinh khối hiện hữu ở khắp mọi nơi và trên toàn trái đất. Có khoản trên 70% năng lượng tái tạo được sử dụng trên toàn trái đất là từ năng lượng sinh khối. Có thể nói rằng năng lượng sinh khối là cơ bản và cần thiết cho mọi hoạt động sống của con người trên trái đất, phục vụ cho lợi ích của con người và của cả quá trình công nghiệp hoá đang diễn ra mạnh mẽ trên trái đất.