Tiềm năng điện sinh khối cho sự phát triển bền vững ở Việt Nam

Ưu điểm và nhược điểm của điện sinh khối

Sinh khối là một thuật ngữ được sử dụng phổ biến để chỉ các vật liệu có nguồn gốc sinh học như cây công nghiệp, phụ phẩm nông nghiệp và lâm nghiệp có thể được sử dụng làm năng lượng.

Điện sinh khối là điện được tạo ra từ nguyên liệu sinh khối. Sinh khối có thể được chuyển đổi thành năng lượng điện thông qua nhiều phương pháp khác nhau như đốt trực tiếp, nhiệt phân, khí hóa và phân hủy kỵ khí. Các phương pháp khác nhau sử dụng các loại sinh khối khác nhau.

Ưu điểm

Là năng lượng tái tạo

Năng lượng sinh khối là một nguồn năng lượng tái tạo bởi vì năng lượng của nó đến từ mặt trời và từ chu kỳ sống, vì vậy nó thực tế là vô tận vì hoạt động của động thực vật liên tục tạo ra sinh khối. Năng lượng sinh khối ít gây ô nhiễm hơn so với đốt nhiên liệu hóa thạch, vì vậy việc sử dụng nó làm giảm lượng khí thải carbon dioxide và ít tác động đến tầng ôzôn hơn. Sinh khối tồn tại ở mọi nơi trên hành tinh và rẻ hơn. Nó mang lại cơ hội mới cho ngành nông nghiệp khi cây năng lượng thay thế những cây đã bị bỏ hoang hoặc không còn được sử dụng cho các hoạt động ban đầu của chúng, do đó ngăn ngừa xói mòn và suy thoái đất.

Có nhiều loại sinh khối

Sinh khối là một nguồn năng lượng tái tạo sử dụng chất hữu cơ động vật hoặc thực vật làm năng lượng và là một quá trình tự nhiên hoặc công nghiệp, được hình thành trong một quá trình sinh học hoặc cơ học có kiểm soát. Trong số các loại sinh khối, chúng ta có thể tìm thấy ba loại: Sinh khối tự nhiên: Nó xảy ra trong các hệ sinh thái tự nhiên mà không có sự can thiệp của con người. Sinh khối còn lại: đề cập đến chất thải hữu cơ được tạo ra từ các hoạt động của con người, chẳng hạn như chất thải rắn đô thị, chất thải nông nghiệp, cây gỗ và cây cỏ hoặc chất thải công nghiệp và nông nghiệp. Sản xuất sinh khối: Đất canh tác cho một loài cụ thể với mục đích duy nhất là sản xuất năng lượng.

Không gây ô nhiễm môi trường

Quá trình hoạt động tạo năng lượng sinh khối hầu như không tạo ra khí thải của các hạt rắn hoặc chất ô nhiễm như nitơ hoặc lưu huỳnh.

Sự phát triển năng lượng sinh khối góp phần vào sự tăng trưởng kinh tế của khu vực nông thôn, cũng như tạo ra nhiều việc làm mới, góp phần phát triển cả môi trường tự nhiên và xã hội ở nông thôn nói riêng và cả nước nói chung.

Trên thực tế, để khai thác năng lượng tái tạo này từ sinh khối từ cây năng lượng, quá trình đốt cháy phải diễn ra, với kết quả là carbon dioxide được thải vào khí quyển, đây có thể được coi là một bất lợi. Tuy nhiên, trong các cây trồng năng lượng, khi thực vật phát triển, chúng hấp thụ carbon dioxide, bù đắp lượng khí thải từ quá trình đốt cháy.

Việc sử dụng chất thải từ các hoạt động khác, cái mà chúng ta gọi là sinh khối còn lại, góp phần tái chế và giảm thiểu chất thải. Cuối cùng, cả dư lượng hữu cơ và vô cơ đều được loại bỏ, tận dụng chúng cho một mục đích sử dụng khác.

Việc sử dụng năng lượng này làm giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch

Trữ lượng đã được khai thác nhiều thập kỷ khiến cho nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt dần so với mức tiêu thụ trong sản xuất khổng lồ như hiện nay. Vì vậy tình trạng này khiến các quốc gia phải tìm kiếm cho riêng mình nguồn năng lượng mới thay thế. Ngoài năng lượng gió, mặt trời, thủy năng thì sinh khối là lựa chọn hoàn hảo bởi khả năng chuyển thành nhiên liệu cho điện năng trữ lượng lớn, giảm bớt sự phụ thuộc vào xăng dầu….

Hơn nữa nguồn sinh khối lại dồi dào và có sẵn mở ra tiềm năng phát triển bền vững cho nhiều quốc gia trong tương lai, nguồn sinh khối này không ngừng được bổ sung và tăng lên khi mức độ sản xuất và tiêu thụ tiếp tục tăng.

Giảm lượng chất thải đổ ra môi trường

Với nguồn năng lượng sinh khối này giúp ích nhiều trong việc quản lý xử lý chất thải – vấn đề nan giải tại nhiều quốc gia. Hiện nay rác thải gỗ thực vật động vật xử lý bằng việc chôn lấp hoặc đổ ra môi trường biển. Việc xây dựng nhà máy sử dụng năng lượng sinh khối có thể giảm độ lớn của núi rác thải này. Nhờ vậy tác động tích cực đến môi trường, hệ sinh thái.

Điểm đặc biệt của nhiên liệu này là có hiện tượng carbon trung tính. Trong quá trình diễn qua quang hợp, khi thực vật hấp thụ CO2 và giải phóng trở lại khí quyển khi bị đốt cháy. Lượng CO2 hấp thụ sẽ tương đương với lượng thải ra, vì vậy vật liệu sinh khối được gọi là trung tính carbon.

Nhược điểm của năng lượng sinh khối

Ảnh hưởng đến môi trường

Nhược điểm của năng lượng sinh khối tiếp theo là mặc dù sinh khối ít gây hại đến môi trường nhưng hoạt động sản xuất ra nguyên liệu của năng lượng sinh khối sẽ có tác động tiêu cực đến môi trường như hiện tượng khai thác rừng tràn lan gây hậu quả nghiêm trọng đến khí hậu.

Chi phí sản xuất lớn

Chi phí xây dựng và vận hành nhà máy sử dụng năng lượng sinh khối tốn kém hơn các nhà máy truyền thống. Hơn nữa khi khai thác sinh khối liên quan đến nhiều quy trình khác nên nó đòi hỏi không gian lưu trữ rộng lớn hơn.

Tiềm năng năng lượng sinh khối ở Việt Nam

Việc đánh giá các nguồn sinh khối được thực hiện bao gồm cả đánh giá hiện tại và dự báo trong tương lai. Trong khi đánh giá hiện trạng, phần lớn là dựa trên nguồn số liệu thống kê và kiểm kê thì đánh giá cho các năm tương lai như năm 2030 lại chủ yếu dựa trên số liệu quy hoạch, kế hoạch phát triển được nêu trong Quyết định được phê duyệt bởi cấp quốc gia, hoặc ngành và địa phương có liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp đến cung-cầu sinh khối.

Phương pháp luận đánh giá tiềm năng lý thuyết nguồn sinh khối trong tương lai sẽ được bắt đầu bằng việc rà soát quy hoạch sử dụng đất, các thay đổi sử dụng đất đối với từng loại đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, chẳng hạn như diện tích đất trồng lúa năm 2025, năm 2030. Tiếp theo là năng suất cây trồng (chẳng hạn tấn lúa/ha, tấn mía cây/ha…) Tương tự là đất rừng tự nhiên, đất rừng trồng, cây trồng phân tán, cây công nghiệp lâu năm…, và các quy định liên quan đến bảo tồn, phát triển bền vững, đa dạng sinh học, bảo vệ nguồn đất và nguồn nước cũng như các vấn đề về xã hội và bảo vệ môi trường (chẳng hạn như giảm phát thải khí nhà kính) ...

Việc tính toán tiềm năng lý thuyết nguồn sinh khối trong tương lai cũng sẽ được thực thi như đã tính toán cho năm hiện trạng. Số liệu đầu vào là số liệu tại năm tính toán. Trong một số trường hợp không có số liệu (chẳng hạn số liệu sử dụng đất đến 2035, kiểm kê rừng cho các năm tương lai…) thì các giả định cần thiết sẽ được đặt ra với các minh chứng và chứng cứ rõ ràng, minh bạch dựa trên các tài liệu có sẵn kèm theo là các phân tích dựa trên các nhân tố tác động.

Đối với đánh giá tiềm năng kỹ thuật trong tương lai, như thường lệ là sẽ dựa trên 3 hệ số ảnh hưởng như trong đánh giá cho năm cơ sở thì có thêm hai nhân tố mới được xem xét và phân tích đó là cơ sở hạ tầng được cải thiện (tiếp cận nguồn dễ dàng hơn với chi phí thấp hơn) và các tiến bộ kỹ thuật được áp dụng trong sản xuất, chế biến sinh khối (chẳng hạn như các máy gặt lúa kèm bộ phận cuộn rơm như các nước phát triển ở châu Âu đã sử dụng…).

Theo dự thảo Báo cáo Phát triển Điện sinh khối Quốc gia do Viện Năng lượng lập năm 2018, tiềm năng lý thuyết các nguồn sinh khối tại Việt Nam đến năm 2030, tăng khoảng 1,9%/năm cho giai đoạn từ nay đến năm 2025 và tăng khoảng 0,6%/năm cho giai đoạn 2026 – 2030. Ước tính, đến năm 2025 tổng tiềm năng lý thuyết nguồn sinh khối đạt 130,59 triệu tấn (tương đương 454,89 triệu MWh) và năm 2030 đạt 138,41 triệu tấn (tương đương 483,16 triệu MWh). Nguồn phụ phẩm nông nghiệp vẫn chiếm tỷ trọng lớn với trên 67%, tiếp đến là gỗ với khoảng 30%, phần còn lại là phế thải gỗ với khoảng 3%.

Hình 1 - Tỷ trọng nguồn sinh khối trong tổng tiềm năng lý thuyết, năm 2030

Tiềm năng kỹ thuật nguồn sinh khối: được định nghĩa là một phần tiềm năng lý thuyết khi xem xét và tính đến các giới hạn trong khai thác, khả năng tiếp cận và kỹ thuật thu gom nguồn sinh khối. Hệ số thu gom phụ thuộc các giới hạn trên theo loại sinh khối, từng địa điểm/khu vực khai thác.

Sau khi loại trừ nguồn sinh khối cho các mục đích sử dụng thiết yếu và nguồn sinh khối phân tán, không tập trung và có xét đến khả năng thu hút nguồn gỗ đang được khai thác cho sản xuất dăm gỗ, viên nén gỗ xuất khẩu chuyển sang sản xuất điện trong nước, ước tính tiềm năng khai thác nguồn sinh khối cho sản xuất điện đến năm 2030 được thể hiện trong bảng dưới đây.

Bảng 1 - Tiềm năng kỹ thuật nguồn năng lượng sinh khối - Đơn vị: MW

Ghi chú: (*) Bao gồm cả các nhà máy điện đồng phát hiện hữu với tổng công suất lên đến 499,8MW

Kết quả tính toán cho thấy, khi chưa xem xét đến sự cạnh tranh về giá cho các mục đích sử dụng khác thì đến năm 2030 ước đạt 5.316 MW, sản lượng phát điện khoảng 30.672 GWh. Bã mía và gỗ củi là những nguồn sinh khối có khả năng khai thác cho sản xuất điện lớn nhất, tiếp đến là các nguồn trấu và rơm rạ.

Theo dự thảo Báo cáo Quy hoạch phát triển nguồn điện sử dụng CTR Quốc gia đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035 do PECC4 lập, hiện Bộ Công Thương đã tổ chức họp thẩm định và trình Thủ tướng Chính phủ xem xét, phê duyệt. Mô hình đánh giá tiềm năng phát điện sử dụng CTR bao gồm các bước từ đánh giá sơ bộ đến đánh giá tiềm năng lý thuyết, tiềm năng kỹ thuật, tiềm năng thương mại và khả năng khai thác.

Tiềm năng lý thuyết được đánh giá trên cơ sở công tác dự báo lượng chất thải rắn sinh hoạt dựa theo số lượng dân số các địa phương, kết hợp với số liệu dự báo. Tổng số chất thải rắn của mỗi địa phương trong các quyết định của Chính phủ và địa phương, được nội suy theo phương pháp tuyến tính và tính tương đồng của điều kiện tự nhiên xã hội theo vùng, miền, cấp đô thị.

Tiềm năng kỹ thuật được đánh giá dựa trên quy hoạch các khu xử lý, công nghệ, cơ sở hạ tầng đấu nối điện, cấp nước vận hành. Quan trọng nhất trong tiêu chí đánh giá kỹ thuật là mức công suất lắp để đạt được hiệu quả kinh tế.

Tiềm năng thương mại được đánh giá dựa trên tổng mức đầu tư, vốn vay, khả năng cung cấp thiết bị và giá bán điện. Chi tiết mô hình được mô tả trong hình sau.

Tiềm năng lý thuyết các năm 2020, 2025, 2030 được tính dựa vào tổng lượng CTR (chất thải rắn) từng tỉnh, thành phố Trung ương đã có trong các quyết định phê duyệt quy hoạch quản lý CTR. Các tỉnh, thành phố Trung ương không có dữ liệu sẽ được bổ sung căn cứ theo Báo cáo "Điều tra dân số và nhà ở giữa kỳ thời điểm 1/4/2014 - Các kết quả chủ yếu" của Tổng cục Thống kê ban hành tháng 9/2015 kết hợp Quy chuẩn xây dựng Việt Nam – Quy hoạch xây dựng (QCXDVN 01:2008/BXD) quy định về lượng CTR phát sinh theo từng loại đô thị.

Tổng hợp tiềm năng lý thuyết đến năm 2030 được thể hiện tại bảng sau:

Bảng 2 - Tổng hợp tiềm năng lý thuyết đến năm 2030

Tiềm năng kỹ thuật được đánh giá dựa trên quy hoạch các khu xử lý, công nghệ, cơ sở hạ tầng đấu nối điện, cấp nước vận hành. Quan trọng nhất trong tiêu chí đánh giá kỹ thuật là mức công suất lắp để đạt được hiệu quả kinh tế.

Các tiêu chí đánh giá tiềm năng kỹ thuật phát điện sử dụng CTR như sau: Căn cứ vào công suất của các khu xử lý CTR được trích từ các quyết định phê duyệt và báo cáo quy hoạch quản lý CTR các cấp. Ưu tiên sử dụng CTR thông thường là nguồn nhiên liệu cho các nhà máy phát điện với tỷ lệ đốt phát điện chiếm khoảng 85%. Nhà máy phát điện CTR thuộc khu xử lý CTR phải phù hợp với quy hoạch quản lý và quy hoạch khu xử lý CTR của địa phương. Địa điểm phải có đủ cơ sở hạ tầng bao gồm đường giao thông. Tuyến đường cấp thoát nước. Tuyến cung cấp điện lực. CTR phải được phân loại sơ bộ và phơi, sấy trước khi làm nhiên liệu đưa vào lò đốt. Đảm bảo các điều kiện môi trường trong quá trình xây dựng và vận hành.

Tổng hợp tiềm năng kỹ thuật đến năm 2030 được thể hiện tại bảng sau:

Bảng 3 - Tổng hợp tiềm năng kỹ thuật điện rác

Là nước nông nghiệp, Việt Nam có nguồn nguyên liệu sinh khối dồi dào từ phế phẩm của gỗ củi, trấu, bã cà phê, rơm rạ, bã bía, chất thải gia súc, chất thải đô thị. Nguồn nguyên liệu sinh khối ở Việt Nam ước tính khoảng 150 triệu tấn/năm. Trong đó, có gần 60 triệu tấn sinh khối từ phế phẩm nông nghiệp. Tuy nhiên, chỉ 40% khối lượng đó được sử dụng để đáp ứng nhu cầu năng lượng cho hộ gia đình và sản xuất điện năng, phần còn lại bị chôn lấp hoặc đốt trực tiếp, không chỉ lãng phí tài nguyên mà còn dẫn tới ô nhiễm đất, ô nhiễm không khí.

Tài liệu tham khảo:

1. Bộ Chính trị. (2020). Nghị quyết số 55-NQ/TW ngày 11/02/2020 của Bộ Chính trị về định hướng Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045

2. Năng lượng Việt Nam. (2019). Tiềm năng và thách thức phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam. Truy cập tại http://nangluongvietnam.vn/news/vn/nhan-dinh-phan-bien-kien-nghi/tiem-nang-va-thach-thuc-phat-trien-nang-luong-tai-tao-o-viet-nam-ky-1.html