Mở đầu
Trong bối cảnh chuyển đổi năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính, sinh khối (biomass) ngày càng được quan tâm như một giải pháp thay thế cho than đá ở nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là lò hơi công nghiệp. Mặc dù đốt sinh khối vẫn tạo CO₂, nhưng xét trên toàn bộ vòng đời — từ trồng trọt, thu hoạch đến đốt và tái trồng — sinh khối thể hiện nhiều lợi thế vượt trội so với than. Bài viết này phân tích sâu về tại sao sinh khối được coi là nhiên liệu “sạch” hơn than, từ góc nhìn kỹ thuật lò hơi, tính toán phát thải, đến tác động môi trường và kinh tế.
1. Sự khác biệt về nguồn gốc carbon: carbon trung tính vs carbon hóa thạch
1.1 Chu trình carbon của sinh khối
Sinh khối gồm các vật liệu hữu cơ như trấu, mùn cưa, viên nén gỗ, vỏ cà phê, bã mía… Trong quá trình quang hợp, cây trồng hấp thụ CO₂ từ khí quyển và tích lũy dưới dạng sinh khối. Khi đốt, lượng CO₂ được thải ra tương đương với lượng đã hấp thụ trước đó — nếu có quy trình tái trồng thì vòng tuần hoàn này khép kín và tính CO₂ ròng gần bằng 0. Đây là lý do người ta thường gọi biomass là carbon-neutral (trong điều kiện quản lý bền vững).
1.2 Carbon từ than là carbon “mới” cho khí quyển
Than đá là carbon được tích lũy hàng triệu năm. Khi khai thác và đốt, carbon này bị đưa trở lại khí quyển — làm tăng tổng lượng CO₂ hiện hữu và góp phần vào nóng lên toàn cầu. Do đó, về bản chất nguồn gốc carbon là khác biệt quyết định: sinh khối tái tạo — than không tái tạo.
2. So sánh phát thải: CO₂, SO₂, NOx, bụi và kim loại nặng
2.1 CO₂
-
Sinh khối: CO₂ phát thải từ cháy là phần đã được cây hấp thụ; nếu tái canh hợp lý, CO₂ ròng giảm nhiều.
-
Than: Đốt than thải thêm CO₂ vào khí quyển, làm tăng nồng độ nhà kính.
2.2 Lưu huỳnh (SO₂) và kim loại nặng
Sinh khối thường có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp và gần như không chứa các kim loại nặng như thủy ngân (Hg) hay asen (As) ở mức than đá. Do đó SO₂ và phát thải kim loại nặng từ biomass thấp hơn đáng kể, giảm nguy cơ mưa axit và ô nhiễm đất/nước.
2.3 NOx và bụi
NOx phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ đốt và thiết kế buồng đốt. Biomass có thể tạo NOx tương đương hoặc thấp hơn than nếu tối ưu gió cấp và quá trình cháy. Vấn đề bụi (PM2.5/PM10) khi đốt sinh khối có thể cao nếu nhiên liệu dạng bột (mùn cưa, trấu) không được xử lý, nhưng với hệ xử lý bụi phù hợp (cyclone, bagfilter, ESP), mức phát thải có thể kiểm soát tốt.
3. Đặc tính kỹ thuật: nhiệt trị, độ ẩm, tro và ảnh hưởng đến hiệu suất
3.1 Nhiệt trị (calorific value)
-
Than đá: thường có nhiệt trị cao (khoảng 4.500–7.000 kcal/kg tuỳ loại).
-
Biomass: nhiệt trị thấp hơn (khoảng 3.000–4.500 kcal/kg tuỳ nhiên liệu và độ ẩm).
Kết quả: để đạt cùng công suất nhiệt, lượng biomass cần cấp nhiều hơn so với than.
3.2 Độ ẩm
Biomass thường có độ ẩm cao (đặc biệt là phế phẩm tươi). Độ ẩm làm giảm hiệu suất đốt, tăng tiêu hao nhiên liệu và có thể gây ngưng tụ, ăn mòn. Vì vậy sấy trước khi đốt hoặc sử dụng nguồn biomass đã được sấy (ví dụ viên nén) là cần thiết.
3.3 Hàm lượng tro và tính chất tro
Biomass có tro có thể nhẹ, dạng xốp hoặc sợi (ví dụ trấu tạo ra tro có hàm lượng silica cao). Tro ảnh hưởng đến truyền nhiệt, có thể gây bám bẩn, đóng xỉ, và làm giảm hiệu suất. Việc thiết kế hệ thu tro, vệ sinh ống lò và lựa chọn công nghệ phù hợp là bắt buộc.
4. Ảnh hưởng tới lò hơi và yêu cầu cải tạo khi chuyển đổi
Khi chuyển lò hơi từ than sang biomass cần cân nhắc các hạng mục chính:
-
Hệ thống cấp liệu: chuyển từ băng tải than sang vít tải, phễu chống kẹt, máy nghiền/hệ cắt nếu cần.
-
Buồng đốt: điều chỉnh ghi, kích thước buồng để phù hợp tốc độ cháy và sinh nhiệt biomass.
-
Quạt gió / hệ khí: nâng công suất quạt cấp/ hút; thay đổi tỷ lệ gió cấp 1/gió cấp 2 để tối ưu cháy.
-
Hệ sấy nhiên liệu: lắp sấy sơ bộ nếu độ ẩm cao.
-
Xử lý tro & bụi: nâng cấp cyclone, bagfilter hoặc ESP; hệ thu xỉ phù hợp với tro nhẹ.
-
An toàn phòng nổ bụi: lắp van chống cháy ngược, hệ cảm biến và thông gió kho nhiên liệu.
-
Điều khiển tự động: cập nhật PLC/SCADA để điều chỉnh cấp liệu — gió theo đặc tính biomass.
Khi cải tạo đầy đủ, lò hoạt động ổn định, hiệu suất có thể đạt mức tương đương hoặc gần tương đương với đốt than, đồng thời giảm đáng kể phát thải độc hại.
5. Lợi ích môi trường khi dùng biomass thay than
5.1 Giảm phát thải CO₂ ròng
Khi biomass được thu hoạch, sử dụng và trồng lại hợp lý, lượng CO₂ ròng giảm nhiều so với đốt than.
5.2 Giảm các chất ô nhiễm độc hại
SO₂, kim loại nặng, và một số hợp chất độc hại từ than được hạn chế nhiều khi chuyển sang biomass.
5.3 Tận dụng phế phẩm nông nghiệp
Dùng trấu, vỏ cà phê, vỏ điều, bã mía… giúp giảm đốt ngoài trời, hạn chế ô nhiễm và mang lại giá trị kinh tế cho nông dân.
5.4 Hỗ trợ kinh tế tuần hoàn và sinh kế địa phương
Chuỗi cung ứng biomass tạo việc làm, tăng nguồn thu cho nông dân và doanh nghiệp địa phương.
6. Hạn chế và rủi ro cần quản lý
6.1 Rủi ro về nguồn cung và giá
Biomass phụ thuộc vào mùa vụ, giá có thể biến động theo nguồn cung. Việc hợp đồng dài hạn và đa dạng nguồn cung giúp giảm rủi ro.
6.2 Vấn đề đất đai và quản lý bền vững
Khai thác biomass không hợp lý (chặt phá rừng, chuyển đổi đất canh tác sang trồng năng lượng) có thể làm mất đa dạng sinh học và giảm khả năng hấp thụ carbon. Cần chính sách đảm bảo không làm giảm diện tích rừng tự nhiên.
6.3 Chất lượng nhiên liệu
Biomass không đồng nhất về kích thước, độ ẩm, nhiệt trị. Cần tuyển chọn, sấy và xử lý trước khi sử dụng để đảm bảo vận hành ổn định.
6.4 Ô nhiễm địa phương
Nếu không có hệ xử lý bụi tốt, biomass có thể gây bụi làm ô nhiễm cục bộ. Do đó đầu tư hệ xử lý khí thải là bắt buộc.
7. Tính toán hiệu quả và chi phí: lời khuyên thực tiễn
7.1 Chi phí nhiên liệu thực tế
Biomass có thể rẻ hơn than trong nhiều trường hợp, nhất là khi tận dụng phế phẩm địa phương. Tuy nhiên, nếu cần sấy, nghiền, vận chuyển xa thì chi phí có thể tăng.
7.2 Chi phí cải tạo lò
Chi phí cải tạo lò hơi (cấp liệu, quạt, xử lý tro, điều khiển) cần được tính toán so sánh với lợi ích lâu dài: giảm chi phí nhiên liệu, tránh phạt khí thải, cải thiện hình ảnh xanh của doanh nghiệp.
7.3 ROI và phân tích vòng đời
Doanh nghiệp nên thực hiện phân tích vòng đời (LCA) và tính toán ROI dựa trên: giá nhiên liệu hiện tại, chi phí đầu tư cải tạo, giá carbon (nếu có), và lợi ích môi trường/uy tín.
8. Chính sách, chuẩn mực và thị trường
Nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam, đang triển khai chính sách hỗ trợ nhiên liệu tái tạo, ưu đãi thuế và quy định hơi thở xanh cho doanh nghiệp. Thực hiện chuyển đổi sang biomass không chỉ giúp doanh nghiệp tuân thủ luật môi trường mà còn mở cửa cho các chứng chỉ xanh, hỗ trợ tài chính và cơ hội thị trường mới.
9. Kết luận
Mặc dù đốt sinh khối vẫn tạo CO₂, nhưng xét trên toàn bộ vòng đời, biomass có lợi thế rõ rệt so với than về mặt môi trường: carbon trung tính khi quản lý bền vững, phát thải SO₂ và kim loại nặng thấp hơn, khả năng tái tạo, và hỗ trợ nền kinh tế tuần hoàn. Về mặt kỹ thuật, chuyển đổi thành công cần đánh giá, cải tạo lò hơi, tối ưu cấp liệu và đầu tư hệ xử lý bụi/tro. Khi các rủi ro được quản lý tốt, biomass là lựa chọn hợp lý cho doanh nghiệp hướng tới hoạt động sản xuất bền vững.
FAQ — Câu hỏi thường gặp (ngắn)
1. Đốt biomass có hoàn toàn “zero CO₂” không?
Không. Biomass thải CO₂ khi đốt, nhưng nếu tái canh hợp lý thì CO₂ ròng được xem là trung hòa trong chu trình carbon.
2. Biomass có phù hợp cho mọi loại lò hơi hiện có không?
Không. Nhiều lò đốt than cần cải tạo hoặc nâng cấp để đốt biomass hiệu quả và an toàn.
3. Biomass có sinh ra tro nhiều hơn than không?
Tro dạng khác nhau: biomass thường tạo tro nhẹ, sợi, có thể nhiều hơn về thể tích nhưng ít kim loại nặng. Cần hệ thu tro phù hợp.
4. Có rủi ro nổ bụi khi dùng biomass không?
Có, đặc biệt với dạng bột. Phải áp dụng biện pháp phòng nổ bụi: van chống cháy ngược, thông gió, cảm biến.
