Năng lượng sinh học (NLSH) là nguồn năng lượng xanh được tạo ra từ nhiều loại chất thải, phế phẩm trong đời sống và các lĩnh vực sản xuất, chăn nuôi. Những ứng dụng của NLSH trong đời sống đem lại những lợi ích thiết thực cho môi trường, kinh tế quốc gia. Trong bài viết này, cùng tìm hiểu tổng quan về khái niệm, triển vọng phát triển và những ứng dụng thực tiễn của nguồn năng lượng gốc sinh học.
1. Năng lượng sinh học là gì?
Năng lượng sinh học đề cập đến năng lượng được tìm thấy trong sinh khối hoặc nhiên liệu sinh học. Năng lượng đó có thể được giải phóng thông qua quá trình xử lý đặc biệt hoặc đơn giản là bằng quá trình đốt cháy.
Hiện nay, khi nguồn cung cấp các loại nhiên liệu hóa thạch ngày càng suy giảm, tình trạng cạn kiệt nguồn năng lượng đang trở thành vấn đề báo động với nhiều quốc gia, Chính phủ các nước đã và đang nỗ lực trong việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế, ưu tiên hàng đầu sẽ là các nguồn năng lượng tái sinh và thân thiện với môi trường. Một trong số đó là năng lượng sinh học.
Điều này dẫn chúng ta đến hai câu hỏi tiếp theo: Sinh khối là gì và nhiên liệu sinh học là gì?
1.1. Sinh khối
Sinh khối đề cập đến vật chất hữu cơ mà tại một thời điểm nào đó trong vòng đời của nó đã được hưởng lợi từ quá trình quang hợp và ánh sáng mặt trời.
Một số ví dụ bao gồm gỗ, cây trồng, rác thải đô thị, tảo và thậm chí cả cỏ. Thông qua quá trình quang hợp, sinh khối chứa năng lượng hóa học được lưu trữ từ ánh sáng mặt trời, đó là lý do tại sao chúng ta gọi năng lượng sinh học là năng lượng tái tạo. Không giống như nhiên liệu hóa thạch, đầu vào năng lượng sinh học có thể được trồng trọt.
1.2. Nhiên liệu sinh học
Trong khi sinh khối thường ở dạng rắn thì nhiên liệu sinh học thường ở dạng lỏng hoặc khí và là nguồn năng lượng sinh học tinh tế hơn (và khả thi hơn về mặt thương mại). Nhiên liệu sinh học có thể được lấy từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau và thường được sử dụng nhiều hơn trong nhiên liệu vận tải nhờ khả năng lưu trữ dưới dạng lỏng.
Nhiên liệu sinh thường được phân loại thành 3 nhóm chính: Diesel sinh học, xăng sinh học và khí sinh học.
Diesel sinh học (Biodiesel)
Nhiên liệu dạng lỏng có thể sử dụng thay thế dầu diesel truyền thống với tính năng tương tự. và có thể sử dụng thay thế cho loại dầu diesel truyền thống, được điều chế thông qua dẫn xuất từ một số loại dầu mỡ sinh học, thường được thực hiện thông qua quá trình transester hóa bằng cách cho phản ứng với các loại rượu phổ biến như methanol,…
Xăng sinh học (Biogasoline)
Nhiên liệu lỏng, ethanol được sử dụng như là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay thế cho phụ gia chì. Ethanol được tạo ra bởi quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ (tinh bột, lignocellulose và xen-lu-lô). Ethanol sẽ được pha chế với tỷ lệ thích hợp cùng xăng để tạo thành xăng sinh học, có thể sử dụng và thay thế hoàn toàn cho loại xăng chứa phụ gia chì truyền thống.
Khí sinh học (Biogas)
Là một loại khí hữu cơ gồm methane và các đồng đẳng khác. Biogas được tạo ra từ quá trình ủ lên men các sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp, chủ yếu là cellulose để tạo thành sản phẩm ở dạng khí, trở thành nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí gas từ dầu mỏ.
2. Tiềm năng, thách thức khi sử dụng năng lượng sinh học tại Việt Nam
Năng lượng sinh học góp phần hướng tới mục tiêu Net Zero
Tại Hội nghị các bên tham gia Công ước khung của Liên Hợp quốc về biến đổi khí hậu (COP26) thực hiện Thỏa thuận Paris về biến đổi khí hậu, Việt Nam đã cam kết đạt mức phát thải khí nhà kính ròng bằng “0” (Net Zero) vào năm 2050.
Tại COP28 (2023), Việt Nam một lần nữa khẳng định sự quyết tâm chung tay cùng thế giới chống biến đổi khí hậu và cho thấy nhưng nỗ lực mạnh mẽ của hệ thống chính trị cùng các Bộ, ngành và người dân trong việc thực hiện cam kết COP26.
Vào năm 2016, năng lượng là lĩnh vực được ghi nhận có tỷ trọng phát thải lớn nhất (gần 65%) tổng lượng phát thải của Việt Nam. Giai đoạn 2024 – 2028, Việt Nam sẽ tiến hành triển khai những dự án cụ thể nhằm hiện thực hóa JETP (tuyên bố chính trị thiết lập quan hệ đối tác chuyển đổi năng lượng công bằng) nhằm đạt mục tiêu “NetZero” vào năm 2050 cùng những mục tiêu phát triển bền vững lấy người dân làm trung tâm.
Viện Nghiên cứu Chiến lược, Chính sách Công Thương (Bộ Công Thương) nhận định việc phát triển và mở rộng sử dụng năng lượng tái tạo như gió, thủy điện, năng lượng sinh học,… là những bước đi quan trọng để giảm thiểu sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch tại Việt Nam.
Công ty tư vấn chiến lược của Mỹ – McKinsey và Company đã đưa ra các khuyến cáo, hành động quyết liệt, tập trung thận trọng để giảm lượng khí thải trong lĩnh vực năng lượng tạo cơ hội giúp Việt Nam có khả năng đạt được mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050.
Việt Nam hiện đang là 1 trong 5 nền kinh tế khu vực châu Á – Thái Bình Dương đạt tốc độ khử các-bon cần thiết đáp ứng mức Đóng góp do quốc gia tự quyết định (NDC) với tỷ lệ 6,5% (năm 2022) vượt xa mức 2,5% cần thiết để đạt được mục tiêu NDC.
Tiềm năng phát triển nguồn năng lượng có gốc sinh học tại Việt Nam
Việt Nam là một nước nông nghiệp vì thế, tiềm năng để phát triển NLSH là rất lớn đặc biệt là khi giá dầu tăng cao và hiện tượng nóng lên toàn cầu. Phát triển năng lượng sinh học đem lại những giá trị tích cực về môi trường và giá trị kinh tế tại Việt Nam. Quá trình này đang được nỗ lực thúc đẩy song kết quả vẫn chưa thật sự nổi bật.
Xét về yếu tố lý, Việt Nam nằm ở vùng nhiệt đới, có nhiều điều kiện để phát triển năng lượng có nguồn gốc sinh học. Mỗi năm, các hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp của Việt Nam tạo ra nhiều phụ phẩm và chất thải hữu cơ, là nguồn năng lượng tiềm năng cho sản xuất điện và nhiệt.
Dựa theo tính toán từ nhiều chuyên gia kinh tế năng lượng, khí đốt và dầu mỏ hiện chiếm gần 80% tổng năng lượng thế giới. Nếu tiếp tục sử dụng và tiêu thụ, trong chưa đầy 50 năm, nguồn năng lượng này sẽ cạn kiệt. Nhận thức được vấn đề trên, Việt Nam đã đưa ra nhiều giải pháp ưu tiên hàng đầu cho các nguồn năng lượng tái tạo và nguồn năng lượng thân thiện với môi trường.
Các thách thức chính cần vượt qua
Bên cạnh những thuận lợi và cơ hội đã được đề cập, phát triển năng năng sinh học tại Việt Nam cũng có các thách thức nhất định:
- Thiếu sự ổn định trong việc cung cấp nhiên liệu, giá các loại nguyên liệu đầu vào có thể thay đổi theo mùa, ảnh hưởng trực tiếp đến giá bán đầu ra.
- Việc sử dụng năng lượng sinh học cần dựa trên công nghệ dẫn đến khó thực hiện.
- Cơ chế khuyến khích về điện khí sinh học và các nhà máy điện sinh khối từ bã mía chưa thật sự hấp dẫn.
- Các nhà máy điện than chưa có sự đánh giá đúng về tiềm năng của việc sử dụng viên gỗ thay thế một phần nguyên liệu trong nhà máy.
3. Ứng dụng của các dạng năng lượng sinh học trong đời sống
3.1. Sử dụng chất thải để tạo ra nguồn điện
Sử dụng các loại chất thải để tạo ra nguồn điện phục vụ đời sống là giải pháp thiết thực để bảo vệ môi trường và các nguồn năng lượng tạo điện không thể tái tạo.
Trên thế giới
Trên thế giới, công nghệ đốt chất thải để tạo ra điện được áp dụng ngày một rộng rãi tại nhiều quốc gia bởi những ưu điểm nổi bật:
- Giảm tới 95% thể tích và khối lượng chất thải
- Tận dụng nhiệt để tạo ra điện
- Giảm thiểu ô nhiễm nước, mùi hôi…
Và nhiều những lợi ích khác
Lượng chất thải rắn trên toàn cầu có sự gia tăng nhanh chóng (hơn 3,5 triệu tấn/ngày vào năm 2010 lên hơn 6 triệu tấn/ngày năm 2025 theo dự kiến). Các chất thải từ thành phố ngày càng nhiều, vấn đề về xử lý chất thải trở thành việc vô cùng cấp bách cần giải quyết của mỗi quốc gia nói riêng và thế giới nói chung.
Khi việc chôn lấp chất thải trở nên lạc hậu và kém hiệu hiệu quả, nhiều phương pháp xử lý mới như đốt, chế biến compost, tạo điện,… đang trở nên phổ biến, thay thế cho các phương pháp xử lý chất thải truyền thống. Các chất thải hiện đang là nguồn nguyên liệu bền vững cho sản xuất điện tại Nhật, Trung Quốc và nhiều nước ở khu vực châu Âu.
Tại Việt Nam
Bên cạnh sự gia tăng về mặt dân số, quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa đang diễn ra mạnh mẽ và nhanh chóng tại Việt Nam. Lượng chất thải rắn sinh hoạt gia tăng cả về khối lượng và chủng loại.
Tỷ lệ thu gom và xử lý CTRSH tại khu vực đô thị trung bình đạt 92%, khu vực nông thôn đạt 66%. Trong số chất thải rắn thu gom được, khoảng 71% được xử lý bằng phương pháp chôn lấp, 16% được xử lý tại các nhà máy chế biến compost, 13% được xử lý bằng phương pháp đốt.
Trên cả nước hiện có hơn 1.300 cơ sở xử lý lượng chất thải rắn sinh hoạt, trong đó gồm 381 lò đốt 37 dây chuyền chế biến phân compost và 904 bãi chôn lấp. Tuy nhiên, nhiều bãi chôn lấp chưa đạt tiêu chuẩn về vấn đề vệ sinh. Một số xử lý CTRSH đã sử dụng phương pháp đốt để thu hồi năng lượng phát điện.
Trong đó, nổi bật là khu liên hợp xử lý chất thải Nam Sơn, Sóc Sơn, thành phố Hà Nội (nhà máy NEDO). Nhà máy có công suất xử lý 75 tấn/ngày, được sử dụng để phát điện với công suất 1.930 kW,…
3.2. Sử dụng năng lượng sinh khối trong đa dạng lĩnh vực
Năng lượng sinh khối là một dạng năng lượng sinh học được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: Điện, công nghiệp, nông nghiệp,…
Lĩnh vực sản xuất điện
Các nguồn năng lượng sinh khối được sử dụng để sản xuất điện tại Việt Nam và nhiều quốc gia. Nguyên liệu từ năng lượng sinh khối được đốt cháy, tạo ra hơi nước, vận hành tuabin và tạo ra điện. Quá trình trên sẽ hạn chế sự phụ thuộc vào than đá và dầu mỏ và khai thác bền vững các nguồn năng lượng tái tạo từ các sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất nông lâm nghiệp.
Lĩnh vực nông nghiệp
Trong lĩnh vực nông nghiệp, sinh khối thường được sử dụng để làm các loại phân bón hữu cơ giúp cung cấp dinh dưỡng cho đất, tăng năng suất cây trồng. Bên cạnh đó, sinh khối khi phân hủy sẽ tạo ra nguồn năng lượng tái tạo biogas ứng dụng được trong nhiều mục đích khác nhau.
Lĩnh vực công nghiệp và hóa chất
Năng lượng sinh khối cũng là một nguồn năng lượng phổ biến được sử dụng rộng rãi. Trong lĩnh vực hóa chất, công nghiệp, các dẫn xuất như ethanol và biodiesel từ sinh khối được áp dụng như một giải pháp thay thế cho xăng hoặc dầu diesel. Việc này giúp giảm lượng khí thải carbon ra môi trường và tạo điều kiện thuận lợi giúp ngành công nghiệp hóa chất phát triển bền vững.
Năng lượng sinh học là nguồn năng lượng có sẵn từ những hoạt động sản xuất, kinh doanh,… Nếu biết được sử dụng đúng cách và hợp lý sẽ trở thành nguồn năng lượng tiềm năng, hạn chế sự phát thải và những ảnh hưởng xấu gây ô nhiễm môi trường, hỗ trợ phát triển kinh tế và nhiều những lợi ích khác.
